淺析三維激光掃描技術在礦山測量中的應用

楊 毅

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局五總隊，貴州 安順 561000）

1 概述三維激光掃描技術

隨著社會的發展，各項技術得到了較大程度的提升。在礦山工程的測量方面，三維激光掃描技術得到了快速發展和技術提升。三維激光掃描技術作為一種具備實景復制能力的技術，在測繪領域得到了良好的發展，其不僅突破了傳統的單點測量方式，還具備了較高的測量效率、較高的測量精度，能夠將掃描到的物體表象為三維點云數據；其在高速激光測量的過程中，能實現大面積高分辨的獲取物體信息，快速、大量采集空間點位資料，進而建立三維影像模型[1]。因此，三維激光掃描技術具備了快速、高效、高精度、實時、動態、自動、數字化的技術特點。

從當前市場上具備的三維激光掃描儀進行分析，主要是由數據采集等的硬件部分和數據處理等的軟件部分等組成。按照載體的不同可將三維激光掃描系統分為機載式、車載式、地面式及手持式等多種形式。按照測量方式的不同，可以分為脈沖式、相位差式、三角測距式；按照用途可分為室內型（短距離）和室外型（長距離）。三維激光掃描技術主要利用激光測距的工作原理，以物體的三維坐標、反射率和紋理為表象，快速復制被測物體的點、線、面及體等方面的數據，逐步形成立體影像。從當前的三維激光掃描儀可以知道，其基本具備三維測量、快速掃描等特性。因此，三維激光掃描技術在較多領域都具備良好的市場前景，如文物古跡的保護、工程測量、礦山研究、工廠改造、數據監測、交通安全、災害評估、地質地形、軍事分析等[2]。

2 三維激光掃描技術在礦山測量中的應用分析

2.1 在礦山地形及地質測量方面的應用

在礦山工程項目中，其地質、地形相對比較復雜，在測量的過程中亦存在一定的工作難度。因此，地面三維激光掃描系統的使用，在極大程度上降低了測量的工作難度，節省了礦山測量工作人員的測量時間，進而提高了測量的工作效率和工作質量，極大程度的降低了測量過程中存在的危險，在一定程度上保障了礦山工程項目的安全性[3]。例如，在某礦山工程項目中，測量工作人員利用脈沖式的地面三維激光掃描技術進行測量，采集地質、地形及地貌的相關數據信息，并將采集到的數據傳輸至設備終端，以點云數據的形式進行存儲。在設備終端處理器上先將物體的數據轉化為點云數據，再結合雜音消除、多視角對齊、數據簡化及多視圖三維重建的方式，逐步將物體影像展示出來。在此過程中，三維激光掃描技術的使用充分體現了現代技術的信息化、數字化，實現了信息化與數字化的相互轉變[4]。因此，在礦山地形及地質的測量方面，三維激光掃描技術的應用，大大降低了礦山的測量成本，同時還提高了測量精度，進而推動了三維激光掃描技術的應用發展。

2.2 在礦山井下測量方面的應用

礦山井下測量工作是一項具有較強隱蔽性、不確定性、危險性的礦山測量工程，在測量的過程中極易受到井下諸多因素的影響，進而極大程度地限制了井下測量數據的真實性、客觀性、有效性和準確性，使得井測量工作的相關人員及技術受到了國家及相關單位的高度重視。因此，隨著三維激光掃描技術的發展以及在礦山測量工作中的成功應用，推動了其在礦山主溜井測量工作中的開展。

在某礦山井下的測量工作中，采用三維激光掃描技術，分別進行現場踏勘、掃描實施來獲取數據，同時配合點云數據預處理、點云拼接、數據建模和三維模型建立等主要程序，進而實現對礦山井下情況進行實地測量，保障井下數據的真實和可靠。例如，在某工程中，采用三維激光掃描技術對井下情況進行測量，從數據采集到相應的成果分析發現：三維激光掃描技術實地全面地測量了礦山的井下情況，成功預防了井下施工安全事故的發生，提高了井下工作者的生命安全等級，保障了礦山開采的經濟效益。

2.3 在礦山土方測量方面的應用

在礦山的開采過程中，大量的廢土挖出，就有一定的廢土需要進行堆積；礦山工程開采完成后，廢棄土方又需要進行運輸和轉移。因此，在礦山的土方測量中，三維激光掃描技術具有良好的市場前景。在礦山土方測量中，三維激光掃描技術以礦山或土方為主要測量對象，采用以時間測距的形式來完成物體空間位置的確定，以特定的計算形式來確認物體的實際距離和大小，主要程序包括：數據采集、點云數據的處理、土方量計算。通常情況下，礦山土方的測量一般會選取基于脈沖式的地面三維激光掃描系統，以地面的信號反射為基礎，脈沖式信號為條件，分別獲取物體三維空間中的點位坐標，同時結合三維立體影像來實景轉化，進而獲得礦山的實際土方數量。例如：在某工程的土方測量中，主要采用基于脈沖式的地面三維激光掃描技術，其以激光二極管來實現周期性的脈沖發射，并由探測器來接受反射信號，在精準時鐘的配合下實現了發射信號與反射信號的時間差計算，在特定計算規則下，成功得出了土方的具體數據，進而準確計算了運輸車輛，節省了大量的運輸成本和時間，降低了人力、物力和財力的消耗，提高了相關人員及設備的工作質量和工作效率，為相關工程的土方測量提供了一種高效、快捷、方便的解決方案，推動了三維激光掃描技術的發展[4]。

3 結語

在礦山工程中，測量工作是貫徹整個工程的重點工作。前期的地形地質、礦山礦量等的測量，施工過程中礦井、礦坑、礦土等的測量，采礦完成后相應土方、礦井等的測量，以及整個工程中的應急預案等都可以采用三維激光掃描技術，同時，結合三維激光掃描技術的高精確度、高準確度、高效快捷、高采樣率、高分辨率的使用特性，拓展了其在礦山工程測量方面的應用前景，提升了三維激光掃描技術的市場應用價值，推動了礦山事業的長遠發展。